Основы электронной техники (стр. 13 )

Рис. 11.12. Условные обозначения логических схем

Таблица 11.8. Сводные таблицы истинности логических схем

Входы	Выходы
А	В	И	ИЛИ	И-НЕ	ИЛИ-НЕ	Искл. ИЛИ	Нскл, ИЛИ-НЕ
0	0	0	0	1	1	0	1
0	1	0	1	1	0	1	0
1	0	0	1	1	0	1	0
1	1	1	1	0	0	0	1

Комбинированные логические схемы

В цифровых системах для получения требуемых характеристик обыч­но применяются комбинации логических элементов. Например, после­довательное включение логических элементов И и НЕ позволяет полу­чить функцию И-НЕ (рис. 11.13(а)). Таким же образом можно полу­чить логическую функцию ИЛИ-НЕ, объединив элементы ИЛИ и НЕ (рис. 11.13(б)).

В качестве поясняющего примера рассмотрим логическую схему на рис. 11.14. На вход схемы подается сигнал 0111. Нужно определить сиг­нал на выходе.

Решение. На выходе схемы ИЛИ (i) присутствует 1, а на выходе схе­мы И-НЕ (ii) – 0. Следовательно, на входы схемы ИЛИ (iii) подается комбинация 10 и на ее выходе G действует логическая 1.

На рис. 11.15 изображена комбинация простых логических элементов для управления сигнализацией. Схема G1является элементом ИЛИ-НЕ, у которого объединены входы. В результате G1 действует как инвер­тор НЕ. Чтобы сработала сигнализация, на звонок должно быть подано положительное напряжение от источника питания, т. е. на выходе эле­мента И (схема G2) должна действовать 1. Для этого на оба входа эле­мента И должны быть поданы 1. Такое может случиться, если ключ S1 разомкнут, а ключ S2 замкнут. Другой комбинации, при которой может сработать сигнализация, нет.

Рис. 11.13. Рис. 11.14.

Рис. 11.15.

Двоичная система счисления

Если в десятичной системе счисления используется десять цифр, то в двоичной их всего две: нуль и единица (0 и 1). Эта система идеально подходит для логических схем и имеет дело именно с ними.

В десятичной системе первый столбец А (табл. 11.9) является столб­цом единиц, столбец В — столбцом десятков, С — сотен, D — тысяч и т. д. В двоичной системе каждый столбец может быть представлен ли­бо 0, либо 1. При этом первый столбец А соответствует единицам, В - двойкам, С — четверкам, D — восьмеркам и т. д. Любое число может быть представлено как в десятичной системе, так и в двоичной систе­ме. В табл. 11.10 показано преобразование десятичных чисел от 0 до 7 в двоичные.

Таблица 11.9

Десятичные столбцы	Двоичные столбцы
D	C	B	А	D	C	B	А
103	102	101	10°	23	22	21	2°
Тысячи	Сотни	Десятки	Единицы	Восьмерки	Четверки	Двойки	Единицы

Таблица 11.10

Десятичные числа	Двоичные числа
С	В	А
(4)	(2)	(1)
0	0	0	0
1	0	0	1
2	0	1	0
3	0	1	1
4	1	0	0
5	1	0	1
6	1	1	0
7	1	1	1

Для чисел, больших 7, нужен четвертый столбец (восьмерки). Так, 8 = 1000, 9 == 1001, 10 = 1010, 11 == 1011 и т. д.

В табл. 11.11 приведено несколько примеров преобразования двоичных чисел в десятичные.

Таблица 11.11

Двоичные числа	Двоичные столбцы	Десятичные числа
32	16	8	4	2	1
1110	—	—	1	1	1	0	= 8 + 4 + 2 = 14
1011	—	—	1	0	1	1	= 8 + 2 + 1 = 11
11001	—	1	1	0	0	1	= 16 + 8 + 1 = 25
10111	—	1	0	1	1	1	= 16 + 4 + 2 + 1 = 23
110010	1	1	0	0	1	0	= 32 + 16 + 2 = 50

Счетчик частоты

Логический элемент И в соединении со счетчиком может применяться для измерения частоты или периода. На рис. 11.16 показана схема изме­рителя частоты, состоящая из логического элемента И с двумя входами и счетчика. На вход А подается входной сигнал, а на вход В — тактовые им­пульсы заданной длительности. Сигнальные импульсы будут появляться на выходе схемы И только во время действия тактового импульса. Затем эти импульсы поступают на счетчик, который считает их и таким обра­зом определяет частоту входного сигнала. Например, если длительность тактового импульса равна 10 мс, а длительность входного сигнала при его частоте 1 кГц составляет 1 мс, то за время действия тактового им­пульса на выходе схемы появятся только 10 импульсов, которые, будучи посчитаны счетчиком, дадут частоту 1 кГц.

Рис. 11.16. Схема И в качестве измерителя частоты

Цифровой датчик времени (цифровые часы) (рис. 11.17)

Импульсы от кварцевого генератора, имеющего очень высокую стабиль­ность частоты, подаются на цепочку делителей частоты, которая генерирует точную последовательность тактовых импульсов. Декодер преобра­зует тактовые импульсы делителя в соответствующие сигналы, которые поступают на индикатор (см. также гл. 35). Секундный индикатор рабо­тает с самой высокой частотой, а часовой – с самой низкой.

Рис. 11.17. Блок-схема цифрового датчика времени.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

АЦП преобразует входной аналоговый сигнал в цифровой (рис. 11.18). Выходной сигнал представляет собой некоторое число параллельных ци­фровых разрядов (четыре на рис. 11.18). Каждый разряд это двоичный столбец.

Рис. 11.18.

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)

На вход ЦАП поступает параллельный цифровой код. ЦАП преобразует его снова в величину напряжения (или ток), которая была представлена

Рис. 11.19.

в виде двоичного входного сигнала. Если это проделать с последовательностью цифровых входных сигналов, то можно восстановить аналоговую форму исходного сигнала (рис. 11.19).

Цифровая обработка сигнала

Большинство сигналов, встречающихся в повседневной жизни, например звук и видео, существуют в аналоговой форме. Прежде чем ввести такие сигналы в цифровую систему, например в цифровой магнитофон, необхо­димо преобразовать их в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя (рис. 11.20). После соответствующей обработки цифро­вой сигнал снова преобразуется в исходную аналоговую форму, т. е. в звуковой сигнал, с помощью цифро-аналогового преобразователя.

Рис. 11.20.

12

Микрокомпьютеры и другие системы

Компьютерные системы

На рис. 12.1 показана основная блок-схема компьютерной системы. «Моз­гом» компьютера является микропроцессор (МП), который выполняет арифметические и логические операции и управляет всей системой в це­лом. Так, микропроцессор может выполнять арифметические операции сложения и умножения, логические операции И, ИЛИ, ИЛИ-НЕ и др., а также пересылать данные в соответствии с командами программы. Про­грамма представляет собой последовательность инструкций, или команд, под действием которых операции выполняются последовательно шаг за шагом. Программы хранятся в блоке памяти. Кроме того, микропро­цессор может хранить в памяти некоторые данные, которые потребуются позднее, например отсчеты температуры через заданные промежутки вре­мени для более позднего анализа или цифры объема продаж какого-либо изделия для дальнейшего сравнения с другими изделиями. Как видно из рис. 12.1, связь между МП и памятью возможна в обоих направлениях. Такая связь называется двунаправленной.